九大数据预处理秘笈

左手诗句，右手数据，数据大神亲身总结九条数据预处理思路，分分钟解决头大难题！...





作者简介

黄伟鹏，北京大学算机应用技术研一在读，研究方向为机器学习。

与许多大数据爱好者相同，他因着大二期间的一次机缘巧合走进大数据，从此与大数据结下了不解之缘;与许多大数据爱好者不同，他热爱分享并开有自己的技术博客，经常将自己的代码及比赛经验与他人分享。

【明星团队】科赛网对话黄伟鹏：左手诗句，右手数据

以下即为黄伟鹏在数据实践中总结的数据预处理经验，分享给大家~

常见的数据预处理方法，以下通过sklearn的preprocessing模块来介绍;

1. 标准化（Standardization or Mean Removal and Variance Scaling)

变换后各维特征有0均值，单位方差。也叫z-score规范化（零均值规范化）。计算方式是将特征值减去均值，除以标准差。

sklearn.preprocessing.scale(X)

一般会把train和test集放在一起做标准化，或者在train集上做标准化后，用同样的标准化器去标准化test集，此时可以用scaler

scaler =sklearn.preprocessing.StandardScaler().fit(train)

scaler.transform(train)

scaler.transform(test)

实际应用中，需要做特征标准化的常见情景：SVM

2. 最小-最大规范化

最小-最大规范化对原始数据进行线性变换，变换到[0,1]区间（也可以是其他固定最小最大值的区间）

min_max_scaler = sklearn.preprocessing.MinMaxScaler()

min_max_scaler.fit_transform(X_train)

3.规范化（Normalization）

规范化是将不同变化范围的值映射到相同的固定范围，常见的是[0,1]，此时也称为归一化。《机器学习》周志华

将每个样本变换成unit norm。

X = [[ 1, -1, 2],[ 2, 0, 0], [ 0, 1, -1]]

sklearn.preprocessing.normalize(X, norm='l2')

得到：

array([[ 0.40, -0.40, 0.81], [ 1, 0, 0], [ 0, 0.70, -0.70]])

可以发现对于每一个样本都有，0.4^2+0.4^2+0.81^2=1,这就是L2 norm，变换后每个样本的各维特征的平方和为1。类似地，L1 norm则是变换后每个样本的各维特征的绝对值和为1。还有max norm，则是将每个样本的各维特征除以该样本各维特征的最大值。

在度量样本之间相似性时，如果使用的是二次型kernel，需要做Normalization4. 特征二值化（Binarization）

给定阈值，将特征转换为0/1

binarizer = sklearn.preprocessing.Binarizer(threshold=1.1)

binarizer.transform(X)

5. 标签二值化（Label binarization）

lb = sklearn.preprocessing.LabelBinarizer()

6. 类别特征编码

有时候特征是类别型的，而一些算法的输入必须是数值型，此时需要对其编码。

enc = preprocessing.OneHotEncoder()

enc.fit([[0, 0, 3], [1, 1, 0], [0, 2, 1], [1, 0, 2]])

enc.transform([[0, 1, 3]]).toarray()  #array([[ 1., 0., 0., 1., 0., 0., 0., 0., 1.]])

上面这个例子，第一维特征有两种值0和1，用两位去编码。第二维用三位，第三维用四位。

7.标签编码（Label encoding）

le = sklearn.preprocessing.LabelEncoder()

le.fit([1, 2, 2, 6])

le.transform([1, 1, 2, 6])  #array([0, 0, 1, 2])

#非数值型转化为数值型

le.fit(["paris", "paris", "tokyo", "amsterdam"])

le.transform(["tokyo", "tokyo", "paris"])  #array([2, 2, 1])

8.特征中含异常值时

sklearn.preprocessing.robust_scale

9.生成多项式特征

这个其实涉及到特征工程了，多项式特征/交叉特征。

poly = sklearn.preprocessing.PolynomialFeatures(2)

poly.fit_transform(X)

原始特征：(X1，X2)

转化后：（1，X1，X2，X12，X1X2，X22）

参考文献：

http://scikit-learn.org/stable/modules/preprocessing.html

《机器学习》 周志华

编辑 邓以勒 汪梦梦

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